GC新手入門——氣相色譜儀的系統(tǒng)和進樣基礎簡述

Ⅰ、什么是氣相色譜？

氣相色譜（GC)是一種把混合物分離成單個組分的實驗技術。它被用來對樣品組分進行鑒定和定量測定。

基于時間的差別進行分離：和物理分離（比如蒸餾和類似的技術）不同，氣相色譜（GC)是基于時間差別的分離技術?！　?/span>

將氣化的混合物或氣體通過含有某種物質的管，基于管中物質對 不同化合物的保留性能不同而得到分離。這樣，就是基于時間的差別對化合物進行分離。樣品經過檢測器以后，被記錄的就是色譜圖（如圖1所示),每一個峰代表最初混合樣品中不同的組分。

峰出現(xiàn)的時間稱為保留時間，可以用來對每個組分進行定性，而峰的大?。ǚ甯呋蚍迕娣e）則是組分含量大小的度量。

典型色譜圖

色譜系統(tǒng)

一個氣相色譜系統(tǒng)包括：

可控而純凈的載氣源，它能將樣品帶入GC系統(tǒng)進樣口；

進樣口，它同時還作為液體樣品的氣化室；

色譜柱，實現(xiàn)隨時間的分離；

檢測器，當組分通過時，檢測器電信號的輸出值改變，從而對組分做出響應；

數(shù)據(jù)處理裝置

載氣源

載氣必須是純凈的。污染物可能與樣品或色譜柱反應，產生假峰進入檢測器使基線噪音增大等（推薦使用配備有水分、烴類化合物和氧氣捕集阱的高純載氣。見圖3所示）。

若使用氣體發(fā)生器而不是氣體鋼瓶時，應對每一臺GC都裝配凈化器，并且使氣源盡可能靠近儀器的背面。

圖3 載氣源

進樣口

進樣口就是將揮發(fā)后的樣品引入載氣流。最常用的進樣裝置是注射進樣口和進樣閥。

1注射進樣口

用于氣體和液體樣品進樣。常用來加熱使液體樣品蒸發(fā)。用氣體或液體注射器穿透隔墊將樣品注入載氣流。其原理（非實際設計尺寸）如圖4所示。

圖4 注射進樣口

2進樣閥

樣品從機械控制的定量管被掃入載氣流。因為進樣量通常差別很大，所以對氣體和液體樣品采用不同的進樣閥。其原理（非實際設計尺寸）如圖5所示。進樣閥通常與進樣口連接，特別在分流進樣模式時，進樣閥連接到分流/不分流進樣口。

圖5 進樣閥

色譜柱

分離就在色譜柱中進行。因為用戶可以選擇不同的色譜柱。故使用一臺儀器能夠進行許多不同的分析。因為大多數(shù)分離都強烈依賴于溫度.故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內。如圖6所示。

圖6 色譜柱與柱溫箱

檢測器

從色譜柱里出來的含有分離組分的載氣流通過檢測器而產生信號。檢測器的輸出信號經過轉化后成為色譜圖，如圖7所示。

檢測器有幾種類型的檢測器可供選擇，但是所有的檢測器的功能都是相同的：當純的載氣（沒有待分離組分）流經檢測器時，產生穩(wěn)定的電信號（基線）；當有待分離組分通過檢測器時，產生不同的電信號（基線）。

圖7 檢測器

數(shù)據(jù)處理

1測量

色譜圖記錄下了檢測器輸出的電信號。它可以通過以下幾種方式進行處理：

在帶狀圖記錄儀上記錄、使用數(shù)字積分儀處理、用計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理。

傳統(tǒng)的帶狀圖記錄儀必須手工測量峰的保留時間和峰大小。積分儀和數(shù)據(jù)系統(tǒng)則可直接進行這些測量（強烈推薦使用積分儀和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，因為它們有很好的重現(xiàn)性和靈敏度）。

2計算

色譜峰的保留時間和峰大小必須轉換成待分離組分的名稱和含量。這可以通過與已知樣品（校準樣品）的保留時間和響應值大小進行比較來完成。這種比較可以手工完成，但是鑒于速度和準確性. 采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是最好的。

3儀器控制

某些數(shù)據(jù)系統(tǒng)和GC組合還可通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)計算機提供對GC的直接控制。這樣就能創(chuàng)建可存儲的方法.需要時調用儲存的方法即可.從而可實現(xiàn)高度的自動化分析。一些樣品已經是氣體（例如室內或室外的空氣，可燃氣體等），則可以用氣體注射器或氣體進樣閥直接進樣。

Ⅱ、氣相色譜的進樣方式

一些樣品已經是氣體（例如室內或室外的空氣可燃氣體等），則可以用氣體注射器或氣體進樣閥直接進樣。大多數(shù)樣品為液體，為了用氣相色譜來分析，必須首先使之氣化，這常常由加熱的進樣口和液體注射器或液體進樣閥相結合而完成的。

進樣口的設計和選擇取決于色譜柱的直徑和類型，填充柱和大口徑毛細管柱使用填充柱進樣口，小口徑的毛細管柱使用分流/不分流進樣口。

填充柱進樣口

為填充柱設計的，可更換的襯管使進樣口適用于特定內徑的色譜柱，柱內徑一般為1/8或1/4英寸。典型的設計如圖8所示。

當用大口徑毛細管柱時，專用的襯管使得它們可以用于填充柱進樣口，這種色譜柱的柱容量與填充柱的類似。

樣品用注射器穿過隔墊注入到載氣流中。加熱的進樣口使樣品（如果是液體）氣化，而后載氣將氣化的樣品帶入色譜柱。

圖8 填充柱進樣口

填分流/不分流進樣口分流/不分流進樣用毛細管柱，有兩種操作模式：1分流模式

毛細管柱有較小的樣品容量，進樣量必須非常少，通常遠少于1 μL，以防止色譜柱超載。如此小的樣品量操作起來是很困難的，分流模式提供了一種方法來解決此問題，即采用通常的進樣量氣化，然后只把其中一部分引入到色譜柱內進行分析，其余大部分經分流出口放空（如圖9所示）。

分流閥開啟并一直維持此狀態(tài)。樣品被注射進襯管，同時被氣化。氣化的樣品在色譜柱（氣流阻力大）和分流放空口（氣流阻力可調）之間分配。

圖9為典型的分流/不分流進樣口的分流模式

2不分流進樣模式

此模式特別適用于低濃度的樣品。它將樣品捕集在柱頭，同時將殘留在進樣口的溶劑氣體放空。此模式包括兩個步驟：

a.注射樣品

　　關閉分流閥。載氣流在隔墊吹掃氣出口和色譜柱之間分配。柱頭壓力由分流放空調節(jié)閥來設定，從而設定流過色譜柱的流速；注射樣品。溶劑（主要的樣品成分）在富集樣品的柱頭產生飽和區(qū)帶。

圖10 不分流模式進樣

b.進樣口吹掃

在樣品被捕集到色譜柱頭之后，打開分流閥，將殘留在進樣口中的氣體（此時大部分是溶劑）放空?，F(xiàn)在流路和分流模式是相同的（圖9)，升高柱溫，開始將樣品組分引入色譜柱并分離。

此方法對于沸點比溶劑高的組分的分離是很有效的。溶劑峰將會很大，要采用程序升溫將目標化合物的峰和溶劑峰分離。

不分流模式進樣步驟：

（1）在加熱的進樣口中使樣品和溶劑揮發(fā)。

（2）采用較低的柱溫在柱頭產生一個溶劑飽和區(qū)帶。

（3）利用此區(qū)帶使樣品在柱頭進行富集和重組。

（4）在所有樣品，或至少是大部分樣品進入色譜柱后，通過打開分流放空閥放空進樣口中殘留的樣品氣體。

（5）升高柱溫，先將溶劑，然后將樣品從柱頭釋放。操作參數(shù)初始值設定

您必須通過實驗來確定最佳操作參數(shù)值，如下表所示。

注射進樣技術

每一個色譜峰的起始點是與載氣混合的揮發(fā)的樣品區(qū)域的一部分，在樣品組分于柱內被分離的過程中，樣品區(qū)域由于擴散而展寬。任何色譜峰的寬度都不會比初始區(qū)域寬度更窄。由于分離窄峰比寬峰容易得多，故必須使初始區(qū)域寬度最小化。理想的注射進樣技術是：

（1）將樣品充入注射器，調節(jié)進樣量；

（2）將注射器的針尖以盡可能深地速度穿過進樣隔墊（進樣口的設計者假定您會這樣做）；

（3）快速壓下注射器推桿；

（4）立即把針從進樣口拔出。

重要的就是速度，任何遲疑都將導致樣品區(qū)域寬度增大。

如果一個熟練的操作者按以上方法進樣，他能達到3%~4%的進樣量重復性，能夠限制注射器推桿移動距離的機械裝置能提高進樣重復性。

應避免使用在兩個氣泡間捕集樣品的注射技術。這樣您必須做兩次估算，因而使進樣量的誤差增倍。

自動進樣的優(yōu)點

自動進樣器是解決進樣問題的一個方法，它們能夠實現(xiàn)高度重復的進樣。因此，它們通常允許采用更簡單的峰的含量計算方法（用外標法，而不是內標法）。

如果配備有自動進樣器（裝備有樣品盤，并與數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接），就可以進行全自動分析。

進樣閥

1、氣體樣品進樣閥，包括一個定量管和將定量管接入載氣流和脫離載氣流的閥體。樣品量通過定量管來確定。定量管是可以更換的，因此一個進樣閥能夠提供多種高度重復的進樣體積。

2、液體進樣閥，這與氣體進樣閥的原理是一樣的。由于液體進樣要求更小的進樣體積，因此“定量管”是構成閥體的一部分，且是不可更換的。如果要改變進樣量，您必須更換整個進樣閥。

進樣口溫度

1、氣體樣品

對于氣體樣品而言，進樣口不需要氣化任何物質，因此也就沒有必要加熱。然而，大多數(shù)色譜工作者更傾向于加熱進樣口以保證進樣口不會使任何物質冷凝。常用的進樣口溫度為100℃。

2、液體樣品

液體樣品要求加熱進樣口，溫度要足夠高以使樣品氣化，但又不能過高而導致樣品分解。

（1）溫度足夠高  開始將進樣口溫度設置為溶劑沸點值并觀察色譜峰形。如果所有色譜峰的峰形大致相同（大小不同），說明進樣口溫度已經足夠高了。如果后流出的色譜峰顯得過寬，就將進樣口溫度升高10℃看峰形是否改善。

（2）溫度過高  如果出現(xiàn)的峰數(shù)比組分數(shù)還多，且峰型較差，說明可能有樣品分解發(fā)生。

在進樣口發(fā)生分解所產生的峰，其大小主要取決于進樣口溫度。為了驗證是否發(fā)生分解，稍稍降低進樣口溫度后進行第二次分析，然后比較峰的大小。若有明顯的變化，就表明在進樣口處有樣品分解發(fā)生。

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